CN104141019B - 含铁熔渣的改质方法及其专用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含铁熔渣的改质方法及其专用设备，该方法依次包括：(1)将改质剂和煤粉的混合物喷入改质炉的炉膛内，将改质剂熔化以高温液态的形式进入到熔融态含铁熔渣中；(2)将还原剂加入到熔渣中，对熔渣进行还原提铁；(3)提铁结束后继续向改质炉的炉膛中喷吹改质剂和煤粉的混合物，对熔渣再次冶炼。本发明在两次改质过程中，将改质剂和煤粉的混合物通过两个对称燃煤旋流喷嘴沿着改质炉炉壁切线方向喷入炉膛内，将改质剂加热成熔融态，容易与熔融态渣混合均匀；改质后的渣可直接用于制备高附加值产品，避免了现有的渣处理利用方式存在的简单、粗放以及高能耗等缺陷，具有利用方式多样化、利用率高、经济效益好、环境污染少等特点。

Description

含铁熔渣的改质方法及其专用设备
技术领域
本发明涉及冶金熔渣的利用方法，尤其涉及金属的冶炼过程中产生的含铁熔渣的改质方法以及实现该方法的专用设备，属于含铁熔渣的改质领域。
背景技术
在目前的黑色和有色金属的冶炼过程中产生了大量的高温熔融态渣，这些渣是由冶炼需要故意加入的造渣剂或矿石中所夹杂的脉石等所组成，其主要成分为SiO2、CaO、MgO、Al2O3、FeO、Fe2O3等氧化物，由于这些氧化物及其所构成的复杂化合物的熔点都较高，因此冶金过程中所排出的熔渣的温度一般都高于1500℃，而目前对这些渣的处理利用几乎全部是针对冷态渣，而且利用的方式也比较简单、粗放，一部分被制备水泥、免烧砖、铺路骨料等建筑材料，一部分经简单处理后又返回到冶炼工序中，还有很大一部分由于无法被处理利用而被填埋、堆弃，因此存在利用率较低、经济效益差、环境污染严重等一系列问题。
同时由于熔渣的温度较高且其热熔较大因而其蕴含了巨大的热能，虽然国内外对熔渣热量的回收利用进行了大量的研究，但也主要集中在通过物理换热或化学能转化方式单一的回收方式，几乎都由于设备复杂、运营成本高、热能回收率和经济效益低等问题导致没能实现大规模的工业化。
总之，目前对熔渣的利用存在以下几个问题：
(1)对熔渣的利用都是针对“渣”和“热”单独利用，最终导致利用率低、经济效益差等。
(2)在对渣的利用过程中由于渣的成分很难满足需要，一部分可通过冷态下调质得到利用，因此需要对渣进行破碎磨粉，特别对于硬度较大的渣，该工艺过程效率很低、能耗较高，而且制备出的产品附加值一般都较低。而绝大部分的渣由于其成分与目标材料的成分需求差别较大或冷态下无法实现调质导致其只能被废弃。
(3)熔渣的热量几乎全部被浪费，即使采用目前某一工艺回收一定的热能，但也需付出很高的成本。而且有时为了利用渣还需要对冷渣进行重新加热熔化，极大的提高了利用成本。
为了有效的利用熔渣，需要对熔渣进行改质；目前，对熔融态渣改质过程中主要面临如下问题有待改进：①熔化物料的加热方式：由于改质剂为冷料因而在改质过程中需要加热将其熔化，因而选用何种加热方式则非常重要。②改质剂的加入方式：由于熔融态渣的粘度较大，且粘度随温度的下降会迅速增大，因此如果直接将冷料加入到熔融态渣中将会使渣迅速凝固，而再将其熔化则非常困难、代价很高。③熔融态渣和改质剂的混匀方式：如果熔融态渣与固态改质剂直接混合则很难达到均匀，且改质剂会覆盖于熔渣表面，使熔渣结壳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种处理成本低、熔渣利用范围宽的一种含铁熔渣的改质方法。
本发明首先提供了一种含铁熔渣的改质方法，该方法依次包括一次改质、提铁、二次改质；其中，所述的一次改质包括：将含铁冷渣在改质炉内熔化获得熔融态含铁熔渣；将改质剂和煤粉的混合物喷入改质炉的炉膛内，利用煤粉燃烧放出的热量使改质剂熔化以高温液态的形式进入到含铁熔渣中；
所述的提铁包括：将改质炉的炉底与炉腰分开，将还原剂加入到熔渣中，向改质炉的炉膛中喷入纯煤粉燃烧放热，维持改质炉的炉膛内还原提铁的温度；
所述的二次改质包括：提铁结束后继续向改质炉的炉膛中喷吹改质剂和煤粉的混合物，对熔渣再次冶炼。
其中，所述的含铁熔渣优选为熔融钢渣。
所述的改质剂优选为粉煤灰。在第一次改质以及第二次改质中，改质剂粉煤灰和煤粉的体积比例优选为1:1。
在提铁步骤中所述的还原剂优选为煤粉。
本发明采用了燃烧煤粉的方式对改质剂进行加热熔化，主要考虑煤粉是一种较经济的燃料，燃烧温度高且技术相对成熟，同时借鉴火力发电厂的液态排渣技术，将改质剂与煤粉混合后同时喷吹，这样可以非常高效的利用煤粉燃烧的热量，将改质剂熔融成液态，而液态的改质剂则非常容易与熔融态渣混合均匀，同时液态的改质剂携带有大量的热量，可对熔融态渣进行补热。为了提高喷煤燃烧的热量利用率，本发明在一次改质以及第二次改质过程中，将改质剂和煤粉的混合物通过两个对称燃煤旋流喷嘴沿着改质炉炉壁切线方向喷入炉膛内；当煤粉在炉膛内燃烧时，其燃烧火焰将在炉膛内形成旋流并沿着炉壁缓慢上升，可以延长高温气体在炉内的停留时间，进而增强了煤粉燃烧的热能利用率。
本发明的另一目的是提供一种实现所述改质量方法的专用设备。
本发明的另一目的是通过以下技术方案来实现的：
一种实现所述改质量方法的专用设备，包括：改质炉炉体和喷吹装置；所述的改质炉炉体包括炉底、炉腰、炉顶三部分；炉底两边对称设计了两个耳轴，通过耳轴将炉底架座于台车之上；炉顶在其一侧留有一烟道，在其上部留有一观察孔，在烟道底部设计了一循环水冷却烟气测试管；其中，在炉腰底稍高位置处为对称的两个燃煤旋流喷嘴，两个燃煤旋流喷嘴对称的沿着炉壁切线方向进入炉膛，燃煤旋流喷与喷吹装置连接；当煤粉在炉膛内燃烧时，其燃烧火焰将在炉膛内形成旋流并沿着炉壁缓慢上升，可以延长高温气体在炉内的停留时间，进而增强了煤粉燃烧的热能利用率。
其中，炉腰与炉底之间优选采用法兰连接，方便炉腰与炉底分开，以便将还原剂加入到熔渣中对熔渣进行还原。
炉腰高度其为炉底高度的2倍，相对较长的炉腰有利于延长高温烟气在炉内的停留时间；炉顶高度较小，基本为炉底的1/2。
所述的煤粉和改质剂喷吹装置由气体进口，喷***，入料流量控制阀，料仓,喷料枪,料、气混合物出口，料仓下料口、喷***喷嘴组成；其中喷***位于喷料枪的内部，喷***喷嘴的前方是料、气混合物出口，料仓与喷料枪通过下料口相连通；下料口位于喷***喷嘴的后上方；入料流量控制阀设置于料仓下料口中。
本发明采用两个对称燃煤旋流喷嘴沿着炉壁切线方向进入炉膛，其燃烧火焰将在炉膛内形成旋流并沿着炉壁缓慢上升将改质剂加热成熔融态，容易与熔融态渣混合均匀，同时液熔融态的改质剂携带有大量的热量，实现对熔融态渣的补热。改质后的渣可直接用于制备高附加值产品，避免了现有的渣处理利用方式形式的简单、粗放，以及对冷渣进行重熔过程所导致的高能耗，因此能够实现对熔渣的“渣”和“热”的双利用，具有利用方式多样化、利用率高、经济效益好、环境污染少的特点。
附图说明
图1改质炉炉体示意图；
图示说明：1-熔池，2—炉底，3—炉腰，4—炉顶，5—观察孔，6—烟道，7—烟气测试管，8—冷却水进水口，9—旋流喷口，10—耳轴，11—台车，12—耐火材料。
图2炉腰处旋流燃煤喷嘴横截面示意图；
图示说明：9—旋流喷口，13—旋流燃煤喷嘴，14—炉壁。
图3煤粉和改质剂喷吹装置示意图；
图示说明：15—气体进口，16—喷***，17—入料流量控制阀，18—料仓，19—喷料枪，20—料、气混合物出口，21-料仓下料口，22-喷***喷嘴。
图4熔融钢渣改质工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
以利用粉煤灰作为改质剂将熔融钢渣改质成微晶玻璃原料为例对本发明实施方式作进一步描述，根据制备微晶玻璃成分要求，对熔融钢渣的改质包括提铁改质和微晶玻璃改质两过程，提铁改质为首先将钢渣的二元碱度利用粉煤灰调整为最佳提铁碱度1.1，然后加入还原剂煤粉进行还原，当还原结束后再将熔渣的碱度利用粉煤灰调整为0.7使熔渣的成分满足微晶玻璃的要求。
为了能够得到流动性较好的熔融钢渣，在实施过程中首先将钢渣磨成钢渣微粉，其成分如表1所示，然后将钢渣微粉与煤粉的混合物通过氧气喷入到改质炉内，利用煤粉燃烧放出的热量将钢渣微粉熔化，从而获得熔融态钢渣，煤粉的工业分析如表2所示。
表1钢渣微粉中铁含量
表2无烟煤的工业分析
实验中采用纯氧作为喷吹气体，且每套煤粉和改质剂喷吹装置的气体流量控制为30m3/h。钢渣微粉用量30Kg，钢渣微粉与煤粉按1/2的进行配料，因此熔化钢渣所需煤粉则为60Kg，而煤粉中的灰分含量为10.08％，则大约会产生2kg左右的灰分，而灰分中各成分含量如表3所示，与改质剂粉煤灰成分非常接近，而将钢渣调整到最佳还原二元碱度1.1时需加入41.8％的粉煤灰，因此仍需6.54Kg的粉煤灰，按照粉煤灰与煤粉配比1/1，则还需要加入13.08Kg的粉煤灰与煤粉的混合物。将钢渣碱度调整到碱度0.7时需加入粉煤灰为90.2％，因此提铁结束后仍需加入48.4％的粉煤灰，即14.52Kg粉煤灰，其中包括粉煤灰和煤粉燃烧产生的灰分，又根据粉煤灰与煤粉配比为1/1，则可知从碱度1.1调整到0.7时需要粉煤灰13.17Kg、煤粉13.17Kg，改质过程中各阶段原料用量如下表4所示。
表3煤粉煤灰分成分
表4改质过程中各阶段原料用量
整个改质工艺流程如图4所示，在熔化钢渣微粉之前，首先在炉底(2)中放入一定量的木材并点燃，然后推动台车(11)将炉底(2)置于炉腰(3)的正下方，并将炉腰(3)下方于炉底(2)上，并用螺栓通过法兰将炉腰(3)和炉底(2)链接，这时打开氧气流量阀使炉底(2)中的木材得到充分燃烧，使炉膛温度达到可点燃煤粉。在炉腰(3)底稍高位置处为对称的两个燃煤旋流喷嘴(13)，两个燃煤旋流喷嘴(13)对称的沿着炉壁(14)切线方向进入炉膛，燃煤旋流喷13与喷吹装置连接。向料仓(18)中加入纯煤粉继续预热炉膛，大约5min之后将钢渣与煤粉的混合加入到料仓(18)中，开始熔化钢渣。待钢渣与煤粉的混合物喷吹结束后，继续喷吹粉煤灰与煤粉的混合物将熔融态钢渣的碱度调整到1.1。待喷吹结束后抬起炉腰(3)，向熔渣中加入2.4Kg的煤粉并用铁棒进行搅拌。然后放下炉腰(3)继续喷吹大约5min的纯煤粉，使熔渣中的铁得到充分的还原。最后继续喷吹粉煤灰和煤粉的混合物使熔渣的调整碱度为0.7，喷吹结束后抬起炉腰(3)将拉动台车(11)将炉体拖出，用铁棒搅拌熔渣使其成分达到均匀。然后转动耳轴(10)将熔渣倒入到水池中进行水淬，将水淬后的玻璃料烘干后用磁铁选出其中被还原出的金属铁块。选出的铁块量及水淬后玻璃料中铁含量如表5中所示，通过计算可知铁的回收率和金属化率分别为82％和94％。
表5熔融态钢渣改质实验回收的铁量及水淬渣中的铁含量

Claims (1)

1.一种含铁熔渣改质的专用设备，包括改质炉炉体和喷吹装置；所述的改质炉炉体包括炉底(2)，炉腰(3)，炉顶(4)三部分；炉底两边对称设计了两个耳轴(10)，通过耳轴(10)将炉底(2)架座于台车(11)之上；炉顶(4)在其一侧留有一烟道(6)，在其上部留有一观察孔(5)，在烟道底部设计了一循环水冷却烟气测试管(7)；在炉腰(3)底稍高位置处为对称的两个燃煤旋流喷嘴(13)，两个燃煤旋流喷嘴(13)对称的沿着炉壁(14)切线方向进入炉膛，燃煤旋流喷嘴(13)与喷吹装置连接，其特征在于：所述的喷吹装置由气体进口(15)，喷***(16)，入料流量控制阀(17)，料仓(18),喷料枪(19),料、气混合物出口(20)，料仓下料口(21)，喷***喷嘴(22)组成；其中，喷***(16)位于喷料枪(19)的内部，喷***喷嘴(22)的前方是料、气混合物出口(20)，料仓(18)与喷料枪(19)通过下料口(21)相连通；下料口(21)位于喷***喷嘴的后上方；入料流量控制阀(17)设置于料仓下料口(21)中；所述炉腰(3)与炉底(2)之间采用法兰连接，炉腰(3)高度为炉底(2)高度的2倍，炉顶(4)为炉底(2)高度的一半。
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